ارزیابی مدل مدیریت سیلاب SWMM5.0در شبیه سازی رواناب شهری (مطالعه موردی: حوضه شهری نیشابور)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آب و خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 استادیار گروه آب وخاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 آب و خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

4 مدیر بخش امور آب شرکت آب منطقه‌ای خراسان رضوی

چکیده

افزایش شهرنشینی و مناطق نفوذناپذیر درشهرها منجر به رخداد سیلاب­های شدیدتر می­گردد که نتیجه این امر افزایش مشکلات شهروندان و خسارت اقتصادی می­باشد. مدل­های رایانه­ای می­توانند یک راه حل مناسب برای غلبه بر این مشکلات باشند. اما استفاده از مدل­های هیدرولوژیکی برای شبیه­سازی رواناب مستلزم واسنجی مناسب پارامترهای دخیل در روندیابی هیدروگراف می­باشد. بنابراین در مطالعه حاضر، مدل مدیریت سیلاب SWMM5.0 برای شبیه­سازی مقدار کمی رواناب یک زیرحوضه شهری واقع در شهرستان نیشابور انتخاب گردید. داده­های مورد نیاز از 9 رخداد بارش جمع آوری شد و مدل با استفاده از 6 رخداد واسنجی و با 3 رخداد دیگر ارزیابی گردید. کارایی مدل با استفاده از میانگین ریشه دوم خطای نرمال شده (NRMSE)، راندمان مدل (EFF) و ضریب باقیمانده (CRM) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل SWMM5.0 می تواند با دقت، شکل هیدروگراف، دبی پیک و زمان رسیدن به دبی پیک را شبیه­سازی کند. به طوری­که مقادیر EFF، NRMSE، CRM در مرحله اعتبارسنجی به ترتیب 80 درصد، 4/29 درصد و m3/s 16/0- بدست آمد. به طور کلی می­توان گفت مدل SWMM5.0 می­تواند ابزار مدل­سازی مفیدی برای شبیه­سازی هیدروگراف رواناب شهری باشد. در پایان از مدل ارزیابی شده برای شبیه­سازی سیلاب با دوره بازگشت­های 2، 5 و 10 ساله استفاده گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Storm Water Management Model (SWMM5.0) in simulation of urban runoff (case study: urban catchment of Neyshabur)

نویسندگان [English]

  • Sedigheh Arvand 1
  • Mahdi Delghandi 2
  • zahra ganji 3
  • Akbar Alipour 4
1 Department of Water and Soil, Faculty of Agriculture, Shahrood University of technology
2 Soil And Water Department, Agricultrul Faculty, Shahrood University Of Technology
3 and Water Department, Faculty of Agriculture, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran.
4 Regional Water Company of Khorasan Razavi
چکیده [English]

The increasing of urbanization and the increase of impervious areas in cities has as a consequence extreme flooding events, with increase in citizens’ problems and economical losses. In order to be able to overcome mentioned problems, computer models are an appropriate solution. The use of hydrological- model to simulate the runoff necessitates the proper calibration of the different parameters involved in the routed hydrograph. Therefore, In the present study, the Storm Water Management Model (SWMM5.0) was chosen to simulate quantity of runoff of an urban subcatchment, located in Neyshabur. Data from nine rainfall events were collected. the model was calibrated using six rainfall events and validated using three new events.  The model performance was evaluated based on the Normalized Root Mean Squared Error (NRMSE), Coefficient of Residual Mass (CRM), and EFFiciency of model (EFF). The results showed that the SWMM model could simulate accurately the shape of the hydrograph, the peak discharge and the time of peak. For validation events, values of NRMSE, EFF and CRM were 29.4%, 80% and -0.16 m3/s, respectively. Overall SWMM model was found to be a very useful modelling tool, which can be used for the simulation of urban runoff hydrographs. finally, the evaluated model used to simulate 2, 5 and 10-year return period flood.

کلیدواژه‌ها [English]

  • urban hydrology
  • runoff
  • SWMM
  • Modeling
بدیعی زاده، س. 1391. تعیین ابعاد بهینه شبکه زهکشی ازطریق شبیه سازی ‏رواناب سطحی با استفاده از مدل SWMM در شهر گرگان، استان گلستان. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.

بدیعی زاده، س.، بهره­مند، ع.ر.، دهقانی، ا.ا و ن. نورا. 1393. مدیریت سیلاب شهری از طریق شبیه سازی رواناب سطحی با استفاده از مدل SWMM در شهر گرگان، استان گلستان. نشریه حفاظت آب و خاک. جلد 22. شماره 14. ص 155-170.

سیدکابلی، ح.، معاضد، ه.، دلقندی، م و م. همتی. ۱۳۸۸. پیش بینی کمی و کیفی فاضلاب­های سطحی درحوضه های شهری با استفاده ازنرم افزار EPA SWMM. پنجمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، کرج، انجمن آبخیزداری ایران.

حیدرزاده، م.، نوحه­گر، ا.، ملکیان، آ و ا.ا خورانی. 1396. ارزیابی و آنالیز حساسیت کمیت رواناب و سیستم زهکشی در حوضه شهری ساحلی با استفاده از مدل SWMM ( مطالعه موردی: بخشی از شهر بندرعباس). نشریه حفاظت آب و خاک. جلد 24 شماره 3. ص 203-218.

خلیقی، ش.، رستمی خلج، م.، مهدوی، م و ع. سلاجقه. 1394. واسنجی و ارزیابی مدل SWMM به منظور شبیه‏ سازی رواناب شهری (مطالعة موری: شهرک امام علی(ع) شهر مشهد). نشریه مرتع و آبخیزداری دوره 68 شماره سوم. ص 487-498.

رشیدپور، م. 1390. تعیین و پیش بینی عمق مغروق شدگی سیلاب شهری ناشی از بارش­های رگباری (مطالعه موردی، حوزه شهری بابلسر)، پایان نامه کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، 119 ص.

 

Barco J., K.M. Wong and M.K. Stenstrom. 2008. Automatic calibration of the US EPA SWMM model for a large urban catchment, Journal of Hydraulic Engineering, 134(4): 466-474.

Bellos, V and G. Tsakiris. 2015. Comparing various methods of building representation for 2D flood modelling in built-up areas, Water Resources Management, 29(2): 379-397.

Blumensaat, F., M. Wolfram, and P. Krebs. 2012. Sewer model development under minimum data requirements. Environ. Earth Sci. 65, 1427–1437.

Chen, J., A. A. Hill and L. D. Urbano. 2009. A GIS-based model for urban flood inundation. Journal of Hydrol ,373, 184-19.

Chow, V.T, D.R. Maidment and L.W. Mars. 1988. Applied Hydrology, Mcgraw-Hill. 572p

Chunlin L., L. Miao, H. Yuanman, G. Jiping, S. Fengyun and X. Yanyan. 2014. Characterization and first flush analysis in road and roof runoff in Shenyang, China. Water Science & Technology, 70, 397.

Hsu, M. H., S. H. Chen and T. J.  Chang. 2000. Inundation simulation for urban drainage basin with storm sewer system, Journal of Hydrology. 234, 21-37.

Huber, W. C. and R. E. Dickinson. 1992. Storm Water Management Model, Version 4: User’s Manual, Environmental Research Laboratory, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency, Athens, Georgia.

Jia, H., Y. Iu, S. Yu and Y. Chu. 2012. Planning of LID-BMPs for urban runoff control: The case of Beijing Olympic village. Journal Separation and Purification Technology, PP:112-119.

Kleidorfer, M., M. Moederl, S. Fach and W. Rauch. 2009. Optimization of measurement campaigns for calibration of a conceptual sewer model. Water Sci. Technol. 59, 1523–1530.

Kourtis I.M., G. Kopsiaftis, V. Bellos and V. Tsihrintzis. 2017. A Calibration and validation of SWMM model in two urban catchments in Athens, Greece. 15th International Conference on Environmental Science and Technology Rhodes, Greece, 31 August to 2 September 2017.

Mattar, M.A. and A. I. Alamoud . 2017. Gene expression programming approach for modeling the hydraulic performance of labyrinth-channel emitters. Computers and Electronics in Agriculture. 142, 450-460.

Mereu, V. 2009. Climate change impact on durum wheat in Sardinia. Ph.D. Dissertation. Agrometeorology and Ecophysiology of agricultural Systems and Forestry, XXII ciclo – UniversitadegliStudi di Sassari.

Muleta, M.K., J. McMillan, G. G. Amenu and S. J Burian. 2012. Bayesian approach for uncertainty analysis of an urban storm water model and its application to a heavily urbanized watershed, Journal of Hydrologic Engineering, 18(10): 1360-1371.

Sun, N., B. Hong and M. Hall. 2013. Assessment of the SWMM Model Uncertainties within the Generalized Likelihood 4 Uncertainty Estimation (GLUE) Framework for a High Resolution Urban Sewershed, Hydrological Processes.

Temprano, J., O. Arango, J. Cagiao, J. Suarez and I. Tejero. 2006. Storm Water quality calibration by SWMM: a case study in Northern Spain. Water SA, 32, 55-63.